Ecotect 第二章 气候分析工具PPT幻灯片课件

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1、 可持续性设计AutodeskEcotectAnalysis培训教程 罗智星 AutodeskEcotectAnalysis气候分析工具 WeatherTool 1 WeatherTool具有以下作用 1 WeatherTool可以读取并转换包括TMY TMY2 TRY和DAT等在内的一系列常用气象数据格式 2 WeatherTool可以将枯燥的气象数据的数字信息以图表的可视化方式表达 以帮助建筑师直观的认识建筑基地所处地区的气象资料 3 WeatherTool可以将气象数据表达于焓湿图中 通过焓湿图可以使建筑师了解到当地的热舒适性区域 并在焓湿图上分析各种基本被动式设计手段对热舒适的影响 4

2、 WeatherTool通过对太阳辐射的解析 可以对比分析各朝向立面上的全年太阳辐射情况 根据全年中过热期和过冷期的太阳辐射得热量计算本地的相对最佳建筑朝向 5 WeatherTool不仅可以分析而且可以编辑制作逐时气象数据 2 气象数据的简介 基础气象资料统计一般包括 大气压力干球温度湿球温度蒸汽压力相对湿度风速风向云量太阳辐射等 2 气象数据的简介 我国建筑气候数据研究现状代表性的统计气象数据随机模拟法的气象数据标准年气象数据典型气象年气象数据 2 气象数据的简介 我国的标准年气象数据2004年张晴原等人出版的 中国建筑用标准气象数据库 该数据库包含了57个主要城市的标准年气象数据 标准日

3、气象数据以及不保证率气象数据 我国主要的典型气象年气象数据2002年 郎四维通过与美国劳伦斯 伯克利国家实验室开展技术合作 研究建立了我国26个城市的典型气象年逐时气象资料 2005年中国气象局气象信息中心气象资料室联合清华大学建筑技术科学系研究并开发了 中国建筑热环境分析专用气象数据集 该数据库收集了全国270个地面气象站台1971 2003年的实测气象数据 西安建筑科技大学与香港城市大学合作的重大国际合作项目 建筑节能的基础科学问题研究 也在对我国建筑节能用气象资料进行开发与研究 给出了中国地面194个地面站的分布 气象资料记录时间为1971 2000年 共30年的气象数据 主要气象要素包

4、括 气温 相对湿度 湿球温度 云量 日照时数 气压 风速风向 总辐射 散射辐射等气象要素 2 气象数据的简介 WeatherTool使用扩展名为 wea 的气象数据记录文件 其中包含了大部分常用的逐时气象参数 气温 相对湿度 总辐射 散射辐射 风速 风向 云量与降雨量 其中前五项为必备内容 后三项为可选内容 3 WeatherTool界面介绍 3 1 菜单栏 3 2 分析面板 3 3 查看工具栏 按钮为放大图像命令 按钮为缩放图像到合适大小命令 按钮为缩小图像命令 按钮包含两个命令 AsMetafile 图元文件 与AsBitmap 位图文件 二者都是复制图像的命令 区别在于前者复制的图像为白

5、底 如图3 12 后者复制的图像为黑底 如图3 19 4 太阳辐射分析 SolarRadiation 太阳辐射 对各朝向立面上的全年太阳辐射进行分析对比 BestOrientation 最佳朝向 根据全年过热期和过冷期内的太阳辐射量计算本地的最佳建筑朝向 4 1 太阳辐射分析 4 1 太阳辐射分析 图中红色与蓝色区域分别代表过热与过冷的时间 该区域与BestOrientation命令中的设置有关 较粗的黄线表示平均曝辐射量 较细的黄线表示实际记录的全年逐时曝辐射量 左上角的文字中 161 0 表示北偏东161 0 说明上图是这个方向上的太阳辐射情况 TotalAnnualCollection

6、表示全年该方向的总曝辐射量 UnderheatedPeriod 表示过冷时间段 蓝色区域 的总曝辐射量 OverheatedPeriod 表示过热时间段 红色区域 的总曝辐射量 通过动画我们可以发现北京地区冬季南偏东20度 160 左右的曝辐射量最高 而夏季正东 90 的曝辐射量最高 4 2 最佳朝向分析 4 2 最佳朝向分析 图中绿色箭头 蓝色箭头与细的红色箭头分别表示全年平均曝辐射量最多的朝向 135 过冷时间内曝辐射量最多的朝向 160 和过热时间内曝辐射量最多的朝向 90 这与SolarRadiation命令的分析结果一致 左上角的文字中UnderheatedStress表示过冷时间内

7、各个朝向的总曝辐射量 为1416 9kWh m2 图中蓝色圈所包含的总曝辐射量 OverheatedStress表示过热时间内各个朝向的总曝辐射量 为317 2kWh m2 图中红色圈所包含的总曝辐射量 Compromise表示最佳朝向 为162 5 左下角的文字中EntireYear表示全年平均曝辐射量最多的朝向的曝辐射量 为2 03kWh m2 图中绿色圈与绿色箭头相交点所表示的曝辐射量 Underheated表示过冷时间内曝辐射量最多的朝向的曝辐射量 为3 19kWh m2 图中蓝色圈与蓝色箭头相交点所表示的曝辐射量 Overheated表示过热时间内曝辐射量最多的朝向的曝辐射量 为0

8、87kWh m2 图中红色圈与细红色箭头相交点所表示的曝辐射量 4 2 最佳朝向分析 我们也可以从竖直投影中得到以上的信息 5 焓湿图策略分析 WeatherTool提供了功能强大的焓湿图分析功能 软件可以根据气象数据在焓湿图中对各种主动 被动式设计策略进行分析 其中被动式策略与建筑设计的关系尤为密切 建筑师恰当使用被动式策略不仅可以减少建筑对周围环境的影响 还可以减少采暖空调等的造价与运行费用 同时 主动式策略也有高能低效与低能高效之分 通过在焓湿图上分析主动式策略 也同样可以有效的节约能源 5 1 焓湿图 横坐标表示干球温度 5 1 焓湿图 纵坐标表示绝对湿度 g kg 5 1 焓湿图 这

9、条平行的斜线表示焓 kJ kg 5 1 焓湿图 这条斜率不同的斜线表示湿球温度 5 1 焓湿图 弧线表示相对湿度 5 1 焓湿图 纵坐标表示蒸汽压力 Pa 5 1 焓湿图 该斜线表示空气容重 m3 kg 5 1 焓湿图 黄色区域为热舒适区间 蓝色的深浅表示逐日频率 关于舒适区间如何确定 建筑设计与气候的关系 详细内容请参见 5 1 焓湿图 简单地说 焓 Enthalpy 是表示物质内部具有的一种能量的物理量 也就是一个表示物质状态的参数 单位是kJ或kJ kg 焓湿图在通风 空调工程中用来确定空气的状态 确定空气的四个基本参数 包括温度 含湿量 大气压力和水蒸气分压力与热环境的关系 在气候设计

10、过程中可以借用它来比较直观的分析和确定建筑室内外气候的冷 热 干 湿情况 以及距离舒适区的偏离程度 5 1 焓湿图 5 1 焓湿图 5 2被动式太阳能采暖 太阳能利用是针对一个地区室外气候过冷时利用太阳能进行采暖的设计方法 被动式太阳能设计的气候因素关键取决于室外的温度和太阳辐射量 温度过低或辐射量太小 被动式太阳能采暖都不能够实现 除此之外 建筑设计也很大程度地影响了被动式太阳能采暖的效果 主要包括 窗墙比 围护结构保温性能与太阳能采暖效率等因素 注意 WeatherTool的焓湿图的局限性在于 只适用于内热源很少的住宅类建筑 办公类的建筑也可以参考 5 2被动式太阳能采暖 在Weather

11、Tool的默认条件下 如图3 28 Activity 人体活动量 为静坐 GlazingRatio 窗墙比 为20 Insulation 围护结构保温 为高 Efficiency 太阳能采暖效率 为平均情况 在其它因素不变的情况下 仅仅将窗墙比提高到40 被动式太阳能采暖的效果如图所示 5 3自然通风 空气流动增加了人体与周围空气的对流换热量以及人体的汗液蒸发量 从而使人体在热环境下感觉舒适 前者的有效性取决于空气的温度 只有在空气温度低于皮肤表面温度范围 32 34 内 提高空气流动的速度才能达到增加人体与周围空气对流的换热量 人体蒸发散热率取决于气流速度与空气的水蒸气压力大小 而提高空气流

12、速总能够增加蒸发散热量 只是在高的水蒸气压下散热率相对减少 同时 通过自然通风获得舒适的程度取决于在通风情况下人们能够接受的最高温度和最大空气流速 比如 对于办公建筑 人们不希望风速超过1 5m s 因为这个风速能够吹动办公桌上的纸张而使人不快 而对于居住建筑内的人们 空气流速的上限可以高一些 5 3自然通风 在WeatherTool的默认条件下 Activity 人体活动量 为静坐 AirSpeed 空气流速 为1m s 注意 自然通风的分析结果只有对建筑外围护结构热阻较小且外表面浅色处理过的轻质围护结构建筑材成立 5 4高热容的围护结构与夜间通风 夏季白天 建筑关闭门窗 室内为静风情况下

13、利用墙体 屋面 地面等实体结构的隔热性和蓄热性 阻止热量进入室内并降低室外温度波动对室内温度的影响 使建筑围护结构内表面接近室外平均温度 夜间利用长波辐射散热和自然通风降 夜间通风 白天围护结构吸收的热量散发出去 降低其温度 使它在第二天日间又可以作为吸热体吸收室外的热量 这种利用围护结构的蓄热性的被动式降温方式适合夏季室外温差大的气候区 利用高热容的围护结构维持室内舒适时 必须注意建筑外表面的做法和建筑的遮阳措施 建筑外表面最好使用太阳辐射高的浅色材料 建筑开口必须有足够的遮阳设施 以减少室外强烈的太阳辐射的影响 注意 利用围护结构蓄热性或得室内热舒适的条件是 白天关闭门窗 室内风速接近于零

14、的情况下 且室内水蒸气压力大于室外2mmHg 5 4高热容的围护结构与夜间通风 图中红色虚线以左的部分是单纯使用高热容围护结构提高的舒适度 虚线以右是同时又采用了夜间通风都提高的舒适度 通常情况下 采用夜间通风策略的前提就是要有高蓄热性的围护结构或者附加构件 比如室内的水墙等 否则单独使用这一被动式策略效果非常有限 5 5蒸发降温 蒸发降温利用了水的汽化潜热降温作用 分为直接蒸发降温与间接蒸发降温两种 直接蒸发降温是指室外干燥高温的空气流经水体构件后 由于水的蒸发吸热过程 使空气温度降低后流入室内 这种方法主要用于干热地区 间接蒸发降温是指在建筑的表面利用太阳辐射使水蒸发而获得自然冷却的方法

15、如淋水屋面 蓄水屋面等 建筑表面间接蒸发降温过程由于不会增加室内的湿度 所以适合湿热地区 5 5蒸发降温 图中红色虚线与黄线所包围的区域是采用直接蒸发策略而提高的舒适度 红色实线与黄线所包围的区域是采用间接蒸发策略所提高的舒适度 5 6被动式策略组合分析 注意 自然通风和夜间通风是两种截然不同的通风降温方法 而且这两种方法还相互排斥 自然通风是把室外的空气引入室内 使风直接吹过人的身体 加速皮肤水分的蒸发 从而使皮肤感到凉爽 但室外温暖的空气实际升高了室内温度 夜间通风是把夜间凉爽的温度引入室内 把屋内的热量带走 而白天几乎不让室外的空气流入室内 从而使房间得热降低到最小 5 6被动式策略组合

16、分析 5 6被动式策略组合分析 6 WindAnalysis 在这个图中 表示出了风频 颜色深浅 风向 圆坐标 风速 纵坐标 6 风分析 在这个图中 表示出12月的风频 颜色深浅 风向 圆坐标 风速 纵坐标 6 风分析 这四张图 从左到右 从上到下依次表示 风频 温度 湿度 降雨量 一般建筑用气象数据没有这个数据 7 逐时数据 这张图中 标示出了除风频之外的全部气象数据 可视化的数据 比枯燥的数据表格要清晰 直观和美观 7 逐时数据 逐时干球温度分析 在图中可以看到绵阳冬季基本在0度以上 12 1月温度最低 7月底8月初温度最高 7 逐时数据 逐时湿球温度分析 7 逐时数据 逐时相对湿度分析 在图中可以看到绵阳全年相对湿度都很大 因此设计时需要考虑到通风防湿的措施 7 逐时数据 逐时直射辐射分析 在图中可以看到黄线比较稀疏绵阳阴天或者雨天比较多 特别是秋冬季节 这对利用太阳能十分不利 7 逐时数据 辐射通量 太阳以辐射形式发射出的功率称为辐射功率 也就辐射通量 常用 表示 单位是W 辐射度 投射到单位面积上的辐射能量叫做辐射照度 常用E表示 单位为W m2 曝辐射量 单位面积上接受到得